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'''Riesenresonanzen''' sind angeregte Zustände von [[Atomkern]]en, an denen ein großer Anteil der [[Nukleon]]en des Kerns beteiligt sind. Man kann sie interpretieren als kollektive [[Schwingung]]en von Nukleonen, ähnlich der Vibration eines Flüssigkeitstropfens, wobei bei in vielen Fällen die Protonen und die Neutronen und/oder die beiden unterschiedlichen [[Spin]]richtungen jeweils als separate Flüssigkeiten aufgefasst werden können. Der Name stammt von den relativ großen [[Wirkungsquerschnitt]]en, die in den sie anregenden [[Streuexperiment]]en beobachtet wurden.

Von besonderer Bedeutung sind elektrische Dipol-Riesenresonanzen, '''{{EnS|Giant Dipole Resonance (GDR)}}'''<ref>{{Literatur |Autor=B. L. Berman, S. C. Fultz |Titel=Measurements of the giant dipole resonance with monoenergetic photons |Sammelwerk=Reviews of Modern Physics |Band=47 |Nummer=3 |Datum=1975-07-01 |Sprache=en |DOI=10.1103/RevModPhys.47.713 |Seiten=713–761 |Online=https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.47.713 |Abruf=2025-03-02}}</ref>

== Beschreibung ==

Riesenresonanzen können z. B. durch Anregung des Kerns mit [[Photon]]en,<ref>Unterhalb der Neutronenschwelle (Ablöseenergie für Neutronen) wurde die GDR mit Kern-Resonanzfluoreszenz und mit Bremsstrahlung aus Beschleunigern untersucht</ref> [[Elektron]]en oder [[Schwerion]]en entstehen und zerfallen durch [[Nukleon]]en-/Kernemission (Photon, Neutron, α-Teilchen, …). Die GDR zeigt sich in den [[Anregungsenergie]]n schwerer Kerne oberhalb der Ablösungsenergie eines Nukleons bei etwa 8 M[[Elektronenvolt|eV]] und variiert mit der dritten Wurzel der [[Massenzahl]] ''A'', was im Modell von Jensen und Steinwedel auch vorhergesagt wurde. Bei schweren Kernen mit Massenzahlen über 60 ist die Breite der Resonanz typisch einige MeV; bei leichten Kernen spaltet sich die Resonanz typischerweise in mehrere [[Peak]]s auf. Bei deformierten Kernen gibt es typischerweise zwei Peaks, je nach Schwingung längs der [[Symmetrieachse]] oder senkrecht dazu.

Die elektrische [[Dipol (Physik)|Dipol]]-Riesenresonanz wurde 1947 von G. C. Baldwin und G. S. Klaiber<ref>{{Literatur |Autor=G. C. Baldwin, G. S. Klaiber |Titel=Photo-Fission in Heavy Elements |Sammelwerk=Physical Review |Band=71 |Nummer=1 |Datum=1947-01-01 |Sprache=en |DOI=10.1103/PhysRev.71.3 |Seiten=3–10 |Online=https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.71.3 |Abruf=2025-03-02}}</ref> bei der Untersuchung der [[Photodesintegration]] und später bei (<math>\gamma</math>, n)-Reaktionen an [[Uran]]-Kernen entdeckt.<ref>Im Kernphotoeffekt fanden sich Hinweise schon von [[Walther Bothe]] und [[Wolfgang Gentner]]. In: ''Zeitschrift für Physik'', Band 71, 1936, S. 236. Die genauere Untersuchung durch Baldwin und Klaiber gelang mittels energiereicher Photonen in der [[Bremsstrahlung]] aus einem [[Betatron]].</ref>

== Deutung als kollektive Schwingungsmoden ==

In einem einfachen [[makroskopisch]]en Bild, das von [[Maurice Goldhaber]] und [[Edward Teller]] stammt,<ref>{{Literatur |Autor=M. Goldhaber, E. Teller |Titel=On Nuclear Dipole Vibrations |Sammelwerk=Physical Review |Band=74 |Nummer=9 |Datum=1948-11-01 |Sprache=en |DOI=10.1103/PhysRev.74.1046 |Seiten=1046–1049 |Online=https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.74.1046 |Abruf=2025-03-02}}</ref> wird die GDR-Riesenresonanz als kollektive Schwingung der [[Proton]]en gegen die [[Neutron]]en beschrieben. 1950 wurde sie von Helmut Steinwedel und [[J. Hans D. Jensen]] durch ein Zweiflüssigkeitsmodell (Protonen- und Neutronen-Flüssigkeit) beschrieben.<ref>{{Literatur |Autor=Helmut Steinwedel, J. Hans D. Jensen, Peter Jensen |Titel=Nuclear Dipole Vibrations |Sammelwerk=Physical Review |Band=79 |Nummer=6 |Datum=1950-09-15 |Sprache=en |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.79.1019 |Seiten=1019–1019 |Online=https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.79.1019 |Abruf=2025-03-02}}</ref> Die mikroskopische Deutung sieht in Riesenresonanzen eine [[Kohärenz (Physik)|kohärente]] Anregung von Einteilchen-Einloch-Übergängen im [[Schalenmodell (Kernphysik)|Schalenmodell]].

Die makroskopischen Schwingungen lassen sich unterscheiden nach
* Multipolarität: Man kann die Resonanzen nach [[Drehimpuls]]-[[Eigenzustand|Eigenzuständen]] [[Reihenentwicklung|entwickeln]] und spricht dann von Monopol- (GMR; 1977 entdeckt), Dipol- (GDR), [[Quadrupol]]- (GQR; 1972 entdeckt) oder allgemein [[Multipol]]-Riesenresonanzen.
** Monopolschwingungen entsprechen einer radialen Oszillation, quasi einem periodischen Aufblähen und Zusammenziehen des Kerns.
** Dipolschwingungen entsprechen einer Hin-und-Her-Bewegung.
** Quadrupolschwingungen entsprechen einer periodisch wechselnden „horizontalen“ und „vertikalen“ Verformung.
* Isospin: Der Anteil, den Neutronen und Protonen an der Schwingung haben, drückt sich im [[Isospin]]-Charakter aus.
** Als „isoskalar“ (<math>\Delta T=0</math>) bezeichnet man Schwingungen, bei denen die Gesamtheit der Protonen und der Neutronen gleichphasig (miteinander) schwingen.
** Als „isovektoriell“ (<math>\Delta T=1</math>) bezeichnet man Schwingungen, bei denen die Gesamtheit der Protonen und der Neutronen gegenphasig (gegeneinander) schwingen. Die GDR hat Isovektor-Charakter.
* Spin:
** Als „elektrisch“ (<math>\Delta S=0</math>) bezeichnet man Schwingungen, bei denen Nukleonen beider Spinzustände („Spin up“ und „Spin down“) gleichphasig schwingen
** Als „magnetisch“ (<math>\Delta S=1</math>) bezeichnet man Schwingungen, bei denen die Nukleonen mit „Spin up“ und die Nukleonen mit „Spin down“ gegenphasig schwingen

Elektrische Dipolresonanzen sind nur als isovektorielle Schwingungen möglich. Im Falle einer isoskalaren Schwingung würden alle Nukleonen gemeinsam hin und her schwingen, was nicht geht, weil der Schwerpunkt stationär bleiben muss.

Bei deformierten Kerne kann als weitere Schwingungsform die [[Scherenmode]] auftreten, wenn die beiden elliptisch verformten „Tropfen“ aus Protonen und Neutronen sich wie eine Schere gegeneinander bewegen.

Typischerweise schöpfen die Riesenresonanzen die [[Summenregel]]n für die jeweiligen (elektrischen/magnetischen) Multipolübergänge aus.

Neben der GDR-Riesenresonanz rückte ab den 1990er Jahren auch ein kleinerer Resonanzpeak in neutronenreichen Kernen, die [[Pygmy-Resonanz]] (PDR), in die Aufmerksamkeit der Forschung, der sich deutlich vom „Schwanz“ der Riesenresonanz abhob.


== Literatur ==
* [[Theo Mayer-Kuckuk]]: ''Kernphysik.'' 6. Aufl. Teubner, 1994, ISBN 3-519-03223-6.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Kernphysik]]

Riesenresonanz - Versionsgeschichte

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